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Descrizione della commessa "Acquisizione di Segnali (SP.P02.003)"
- Type
- Label
- Descrizione della commessa "Acquisizione di Segnali (SP.P02.003)" (literal)
- Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
- Modulo A: I rivelatori di gas a base di ossidi metallici nanostrutturati sono dispositivi molto sensibili e a basso costo di potenziale applicazione in molteplici situazioni tra cui: monitoraggio di inquinanti (discariche, luoghi di lavoro, abitacoli delle autovetture, fughe di gas), controllo della qualità e dello stato di conservazione dei cibi, security (monitoraggio esplosivi o gas tossici).
Modulo B: I nuovi rivelatori di raggi X a base di CdZnTe trovano impiego per numerose applicazioni. Nel campo medicale, possono essere impiegati nelle moderne tecniche diagnostiche. Nel campo della security, l'impiego riguarda l'individuazione di isotopi radioattivi di contrabbando o in generale il controllo dei bagagli (ricerca di droghe, esplosivi). Nel campo scientifico, questi detectors trovano impiego nei nuovi sistemi di rivelazione per telescopi a raggi X e per linee a luce di sincrotrone. Infine, in campo ambientale, possono essere usati per la realizzazione di centraline con capacità spettroscopica per il monitoraggio della radiazione.
Modulo C: Lo studio è finalizzato alla riduzione della assunzione di nanopartcelle metalliche per via alimentare. (literal)
- Strumentazione
- Il gruppo si avvale delle seguenti apparecchiature: a) forni per la crescita dei cristalli (forni Bridgman, Czochralski, forni per Physical Vapour Transport) b) forni per i trattamenti post-crescita) c) laboratorio chimico d) apparecchiature per il taglio dei cristalli (a lama diamantata fino a 6 pollici, a filo fino a due pollici, goniometro a raggi x per l'orientazione dei wafers) e la lappatura delle fette e) apparati per la deposizione dei contatti (evaporatori termici e assistiti da e-beam, sputtering) f) fotolitografia ottica in camera bianca g) saldatrice semi-automatica per la realizzazione di dispositivi elettronici h) strumentazione per caratterizzazione elettrica (effetto Hall, misure I/V, C/V, DLTS, P-DLTS, PICTS), i) strumentazione per caratterizzazione ottica (assorbimento e fotoluminescenza nel range dall'ultravioleto al vicino infrarosso, mapping di fotoluminescenza, catodoluminescenza, fotoconducibilità) l) strumentazione per caratterizzazione strutturale (microscopi elettronici SEM e TEM, XRD, X-ray topography, microanalisi) m) strumentazione per caratterizzazione funzionale dei sensori di gas e dei sensori di raggi x. (literal)
- Tematiche di ricerca
- Modulo A: 1) Preparazione di ossidi metallici (SnO2, ZnO, InZnO, Fe3O4, PbO, WO3, TiO2) nanostrutturati con processi di deposizione da fase vaporee da soluzione 2) Funzionalizzazione della superficie delle nanostrutture con nanoparticelle metalliche, semiconduttrici e con molecole organiche 3) Studio delle proprietà delle nanostrutture ibride realizzate 4) Realizzazione e caratterizzazione funzionale di sensori di gas e di celle fotovoltaiche 5) Caratterizzazione foto catalitica 6) Applicazione delle nano strutture ibride per lo smart textile.
Modulo B: 1) Crescita di cristalli massivi di CdZnTe 2) Caratterizzazione del materiale 3) Realizzazione e caratterizzazione funzionale di dispositivi prototipi basati su CdZnTe per imaging spettroscopico di raggi x 4) Studio relazione tra difetti cristallografici e prestazioni 5) Sviluppo di elettronica di front end per la rivelazione e processatura del segnale 6) Sviluppo di sistemi prototipi.
Modulo C: 1) Determinazione della concentrazione e composizione delle nanoparticelle (NPs) metalliche negli alimenti 2) Studio delle modalità di incorporazione di NPs nelle piante e loro effetto sulle piante stesse. (literal)
- Competenze
- Il gruppo di lavoro di SIGNAL ha una documentata esperienza pluriennale sulle seguenti tematiche: 1) deposizione di semiconduttori e ossidi mediante tecniche da fase vapore 2) crescita di cristalli semiconduttori dal fuso mediante tecnica Czochralski e Bridgman 3) procedure di sintesi di composti inorganici ultrapuri, per esempio semiconduttori 4) sintesi di nanoparticelle e nano strutture da soluzione 5) funzionalizzazione superficiale di nanostrutture mediante nanoparticelle metalliche, semiconduttrici e molecole organiche 6) realizzazione anche mediante tecniche fotolitografiche di dispositivi a semiconduttore 7) caratterizzazione strutturale di materiali e dispositivi a semiconduttore mediante SEM, TEM e diffrazione di raggi x 8) caratterizzazione elettrica di materiali e dispositivi (resistività ed effetto Hall, C/V, I/V, DLTS, PICTS, fotoconducibilità) 9) caratterizzazione ottica (assorbimento, fotoluminescenza, catodoluminescenza) 10) sviluppo di elettronica di read out 11) caratterizzazione conduttometrica dei sensori di gas 12) caratterizzazione dei detectors di raggi X con sorgenti nucleari 13) realizzazione di sistemi dimostratori. (literal)
- Potenziale impiego per processi produttivi
- Modulo A: La definizione dei processi di crescita dei nanofili e di produzione dei sensori basati sui nanofili costituisce in sé un elemento per un possibile trasferimento tecnologico. I sensori possono essere usati per il controllo della concentrazione di inquinanti che si sviluppano in processi industriali. Per esempio, la concentrazione di acetaldeide nelle bottiglie di PET può essere ridotta tramite una misura dei vapori di acetaldeide nella fase di stampaggio. Infine, l'industria alimentare richiede sensori di gas in grado di valutare l'odore di elementi, per esempio cartoni, usati per l'impacchettamento e la conservazione degli alimenti.
Modulo B: Le tecnologie di crescita e preparazione di detectors di raggi X costituiscono in sé un processo produttivo. Inoltre, i nuovi rivelatori di raggi X permettono il controllo di fratture in elementi strutturali o il controllo della qualità delle saldature.
Modulo C: Uno degli scopi del lavoro del modulo è determinare se l'inquinamento da nanoparticelle ha origine industriale e, in caso affermativo, quale stadio della filiera ne è responsabile. Questa conoscenza permette l'adozione di strategie per la riduzione della contaminazione. (literal)
- Tecnologie
- Il gruppo di lavoro della commessa ha sviluppato tecnologie e processi fondamentali per gli studi proposti: 1) sintesi di semiconduttori composti 2) crescita di cristalli semiconduttori composti in forma massiva dal fuso e da fase vapore 3) crescita di nanostrutture di ossidi metallici da fase vapore e da soluzione 4) taglio e orientazione dei cristalli 5) lucidatura di wafers di cristalli semiconduttori 6) realizzazione di contatti elettrici mediante evaporazione e sputtering in alto vuoto 7) fotolitografia ottica in camera bianca 8) saldatura dei contatti (bonding) 9) procedure di preparazione di campioni alimentari per analisi del contenuto di nanoparticelle 10) caratterizzazioni elettriche: resistività ed effetto Hall, misure corrente-tensione e capacità-tensione, misure DLTS e PICTS 11) caratterizzazioni ottiche: assorbimento, fotoluminescemza, mapping di fotoluminesceenza, fotoconducibilità 12) caratterizzazione microscopica e strutturale: SEM, TEM, microanalisi, XRD, topografia a raggi X 13) caratterizzazioni funzionali dei dispositivi: risposta conduttometrica dei sensori di gas, risposta spettroscopica dei detectors di raggi X. (literal)
- Obiettivi
- Modulo A: Gli obiettivi principali sono: 1) lo sviluppo di sistemi di crescita da fase vapore e da soluzione di nanostrutture di ossidi metallici; 2) la definizione di processi di funzionalizzazione delle superfici degli ossidi per ottenere nuove proprietà 3) la realizzazione di sensori di gas ad alta sensibilità, selettività e stabilità mediante le nanostrutture 4) l'impiego delle nano strutture funzionalizzate per fotovoltaico, fotocatalisi e smart textile.
Modulo B: Realizzazione di sensori di raggi x ad alta efficienza, risoluzione energetica e operanti a T ambiente. Per ottenere queste caratteristiche è necessario sviluppare le seguenti tecnologie: 1) preparazione di cristalli di CdZnTe ad alta resistività e con proprietà di trasporto di carica ottimali; 2) sviluppo di contatti metallo-semiconduttore con buona efficienza di raccolta delle cariche e basse correnti di fuga; 3) sviluppo di tecniche di bonding del sensore ai supporti integrati tipici dell'elettronica.
Modulo C: Determinazione delle concentrazione, forma, dimensioni e composizione delle nanoparticelle metalliche nella filiera alimentare.Studio della contaminazione di specie vegetali con nanoparticelle. (literal)
- Stato dell'arte
- Modulo A. Mediante la realizzazione di ossidi nano strutturati opportunamente funzionalizzati con nano particelle metalliche, semiconduttrici, o con molecole organiche, è possibile progettare materiali alla nanoscala con proprietà nuove e ottimizzate, per applicazioni in numerosi campi tra cui la sensoristica di specie volatili, il fotovoltaico ibrido, la fotocatalisi, la nano medicina, lo smart textile. Modulo B. I sistemi di controllo per la sicurezza, la diagnostica medicale, il controllo ambientale richiedono rivelatori di raggi X operanti a temperatura ambiente, ad alta efficienza, con caratteristiche spettroscopiche e capacità di imaging. Il CdZnTe è il materiale di riferimento per queste applicazioni. Tuttavia la tecnologia di crescita dei cristalli e di realizzazione dei dispositivi deve essere ottimizzata pe r ottenere detectors ad elevate prestazioni.
Modulo C. L'aumento dell'inquinamento atmosferico, soprattutto in termini di diffusione di polveri sottili, ha reso attuale il tema della presenza e tossicità delle nanoparticelle nei cibi e nelle piante. Il monitoraggio della concentrazione delle nanoparticelle richiede la definizione di nuove metodologie di analisi. (literal)
- Tecniche di indagine
- Il gruppo di ricerca ha maturato una comprovata esperienza nelle tecnologie di preparazione dei materiali per impiego elettronico-sensoristico. L'approccio scientifico nella preparazione dei sensori riguarda quindi in prima istanza l'aspetto dello studio delle tecnologie di crescita dei materiali che costituiscono il sensore. Il materiale viene quindi ottimizzato in base alla risposta funzionale (di detezione di gas, ovvero della rivelazione di raggi x). In ogni caso, l'approccio alla preparazione del materiale è di tipo strettamente tecnologico: risultato della ricerca è quindi sempre non solo un dispositivo funzionante, ma la definizione di un processo tecnologico riproducibile per la preparazione del materiale direttamente trasferibile ad entità produttive. Per favorire lo scambio con realtà produttive medio-piccole il gruppo si è orientato alla preparazione di dispositivi prototipali la cui funzionalità sia immediatamente verificabile dalle aziende del settore. Infine, la commessa si avvale dell'attiva collaborazione del Dip. di Ingegneria dell' Università di Parma al fine di sviluppare l'aspetto della processatura elettronica del segnale generato dal sensore. (literal)
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